分布式電站的無功補(bǔ)償裝置的選擇

王彤

摘要：隨著燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的性能提升及節(jié)能減排的要求，利用油田伴生氣建立分布式電站，替代柴油發(fā)電機(jī)組，為油井提供電力，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)環(huán)保效益。為了提高電能質(zhì)量，減少輸送電能損失，解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。根據(jù)無功功率的補(bǔ)償要求及技術(shù)特點(diǎn)，依據(jù)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t，介紹無功補(bǔ)償?shù)囊饬x及補(bǔ)償原理，并且明確無功補(bǔ)償裝置選擇的依據(jù)。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，可以說，電壓?jiǎn)栴}本質(zhì)上就是無功問題，解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：分布式電站、無功功率;補(bǔ)償

1概況

為了節(jié)能減排、充分利用油田上充足的油田伴生氣體，建立分布式燃?xì)獍l(fā)電站替代柴油發(fā)電機(jī)組給抽油機(jī)提供動(dòng)力具有十分重要的意義。建立分布式電站替代分散式供電（每口油井配置一臺(tái)發(fā)電設(shè)備）還具有供電可靠性高、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在油田采用分布式電站為附近的油田設(shè)備統(tǒng)一輸送電力具有一定的優(yōu)勢(shì)，也是油田設(shè)備供電發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。而油田設(shè)備主要以電動(dòng)機(jī)、變壓器為主，自然功率因數(shù)較低，功率因數(shù)低會(huì)對(duì)分布式電站造成不好的影響。

2無功補(bǔ)償介紹

電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量與無功功率有重大的關(guān)系。無功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率。大量的感性負(fù)荷和電網(wǎng)中的無功功率損耗要求電力系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時(shí)，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最重要的指標(biāo)。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一就是對(duì)電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制。

現(xiàn)如今大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，自然功率因素較低，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需無功功率由電源送往負(fù)荷。功率因素是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，通過合理采用無功補(bǔ)償技術(shù)，可以減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)。

3無功補(bǔ)償裝置的確定

根據(jù)實(shí)際情況，各個(gè)油井的設(shè)備安裝基本已經(jīng)就緒，電站的發(fā)電設(shè)備及配電設(shè)備也已經(jīng)基本確定，并且根據(jù)負(fù)載具有動(dòng)態(tài)變化但總體功率變化幅度不大的特點(diǎn)，結(jié)合無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)以及考慮經(jīng)濟(jì)型，選擇具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的并聯(lián)電容器補(bǔ)償設(shè)備，補(bǔ)償方式選擇在電站變壓器6.3kV端進(jìn)行集中補(bǔ)償。

3.1無功補(bǔ)償容量的選擇

根據(jù)負(fù)載情況和負(fù)載特性來確定比較可行。通過負(fù)載和補(bǔ)償前后的功率因數(shù)及變壓器的容量，通過理論計(jì)算來確定補(bǔ)償電容器的容量比較科學(xué)，選擇補(bǔ)償容量過大，造成補(bǔ)償裝置的浪費(fèi);過少，補(bǔ)償裝置的意義就沒有發(fā)揮出來，所以，補(bǔ)償裝置容量的確定是十分重要的。

3.2串聯(lián)電抗器的選擇

由于運(yùn)行設(shè)備中存在變頻器等非線性設(shè)備，因此電網(wǎng)中不可避免會(huì)存在諧波電流，同時(shí)電容器的投入又會(huì)產(chǎn)生所謂“諧波放大”現(xiàn)象，加劇諧波危害，造成電網(wǎng)電壓畸變，對(duì)包括電容器在內(nèi)的各種電氣設(shè)備造成危害。為了抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生，一般在電容器回路中串聯(lián)電抗器。另外在投切電容器時(shí)會(huì)產(chǎn)生合閘涌流，為了抑制合閘涌流，也會(huì)在電容器回路中串聯(lián)電抗率0.1%—1%的電抗器。在電容器回路中串聯(lián)不同電抗率的電抗器，其對(duì)諧波源所產(chǎn)生的各次諧波電流的作用也是不相同的。實(shí)際上電抗器及其電抗率的選擇與諧波源的大小、主要諧波電流的次數(shù)、電容器組的容量以及接入處的短路容量有關(guān)。

4 1000kvar無功補(bǔ)償裝置的介紹

4.1技術(shù)指標(biāo)

額定電壓：6kV;

額定頻率：50Hz;

電容器容量：1000kvar;

分組方式：100+200+300+400;

工作方式：自動(dòng)/手動(dòng);

電抗率：5%;

電容接線：?jiǎn)涡切谓泳€，中性點(diǎn)不接地。

工頻耐壓（6kV）：一次/25kV，1min;二次/2.5kV，1min;

雷電沖擊耐壓：60kV（峰值）。

4.2保護(hù)功能：

a）.系統(tǒng)異常保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、失壓、欠壓、欠流、缺相時(shí)，控制器自動(dòng)閉鎖，待系統(tǒng)正常后，控制器自動(dòng)解鎖并正常運(yùn)行;

b）.瞬時(shí)過壓保護(hù)：配置電容專用氧化鋅避雷器實(shí)現(xiàn)雷擊過電壓和操作過電壓等瞬時(shí)過壓保護(hù);

c）.快速放電保護(hù)：配置電容器專用放電線圈，在電容器斷電后其端電壓在5s內(nèi)自額定電壓峰值降至50V以下。

d）.抑制涌流保護(hù)：配置電抗率為5%的串聯(lián)電抗器，有效抑制電容器組的投入涌流，同時(shí)具有抑制系統(tǒng)5次以上高次諧波的作用。

4.3裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單套裝置由4臺(tái)柜體組成，主要由高壓隔離開關(guān)、電容器投切專用真空接觸器、放電線圈、電流互感器、串聯(lián)電抗器、高壓并聯(lián)電容器、避雷器、高壓無功補(bǔ)償控制器、電容器專用微機(jī)綜合保護(hù)器等設(shè)備元件組成。

采用HWGK型高壓智能補(bǔ)償控制器，該控制器集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體， 在提高功率因數(shù)的同時(shí)，最大限度地降低線路無功損耗。

采用HWCZB-1型電容器微機(jī)綜合保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)各支路電容的過流保護(hù)、速斷保護(hù)和開口三角電壓保護(hù)等，任一組電容發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作切除相應(yīng)的電容組，其它電容組仍能正常運(yùn)行不受影響。

系統(tǒng)融入時(shí)限概念，有效保證電容器動(dòng)作的平滑性，避免因電壓波動(dòng)、突變暫態(tài)擾動(dòng)引起的電容器頻繁投切或震蕩投切。

可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置線路PT/CT參數(shù)，電壓上下限參數(shù)，無功功率值、功率因上下限參數(shù)，各種保護(hù)定值及動(dòng)作延時(shí)，電容器日動(dòng)作次數(shù)限制等，確保裝置工作模式合理，保護(hù)功能有效。

具有多種控制方式：電壓無功綜合控制、無功功率控制、功率因數(shù)控制、電網(wǎng)電壓控制、時(shí)間控制、各種延時(shí)控制以及每日動(dòng)作次數(shù)控制等。

裝置具備完善的保護(hù)閉鎖功能，可按設(shè)置的各項(xiàng)保護(hù)參數(shù)來 執(zhí)行保護(hù)及閉鎖功能。

裝置的進(jìn)線方向：電纜下進(jìn)線。

4.4、裝置控制原則

裝置調(diào)節(jié)控制的原則是：保證供電電壓在允許變動(dòng)（整定值）范圍內(nèi)的前提下，充分調(diào)節(jié)控制裝置的無功補(bǔ)償功能;在保證電壓合格和無功補(bǔ)償效果不變的情況下，有效減少電容器的投切次數(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功功率就地平衡，降低電網(wǎng)損耗，提高電壓合格率。

1）電壓優(yōu)先，電容器組自動(dòng)投切原則

a.電壓超高定值時(shí)，切除電容器組;

b.電壓超低定值時(shí)，在保證不過補(bǔ)條件下投入電容器組。

2）無功補(bǔ)償控制原則（即電壓合格范圍時(shí)的原則）

a.無功欠補(bǔ)投電容器組;

b.無功過補(bǔ)切電容器組;

c.投電容器之前先探詢是否投后電壓超高限，再?zèng)Q定是否投電容（由軟件模糊理論分析決定）

5補(bǔ)償裝置應(yīng)用后的節(jié)能效益

（1）采用無功補(bǔ)償裝置后，為用電負(fù)載提供了近100%的無功功率。因幾乎所有的負(fù)載都是感性負(fù)載，感性負(fù)載運(yùn)行時(shí)需要大量的無功功率。無功補(bǔ)償裝置這時(shí)就能提供感性負(fù)載所需要交換的無功功率，因此，電網(wǎng)的功率因數(shù)就得到了極大的提高，并由此帶來了一系列的節(jié)能效果。

（2）提高了供配電設(shè)備的供電能力。供配電設(shè)備的供電能力主要由線路輸出能力和配電變壓器的容量來決定的，對(duì)于一定容量的用電負(fù)載，當(dāng)其有功功率為一定值時(shí)，功率因數(shù)越低，需要提供的電流越大;進(jìn)行無功補(bǔ)償后，負(fù)荷需要的無功部分由補(bǔ)償電容器來提供，線路和變壓器只需要提供有功功率即可，因此線路和變壓器上的電流大大的降低，可以滿足更多的負(fù)荷需求，相對(duì)來說也就提高了供配電設(shè)備的供電能力。

（3）降低了配電變壓器及線路的損耗。根據(jù)以上的量性分析和實(shí)際情況，由于供電線路和變壓器的電流降低，變壓器與線路上的損耗與電流的平方成正比，因此電流減少，損耗也就大大減少了。

6結(jié)束語

安裝無功補(bǔ)償裝置是提高供電電網(wǎng)功率因數(shù)，減少供配電設(shè)備及輸電線路有功電能損耗的有效節(jié)能措施。補(bǔ)償裝置的安裝，給電站帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是值得推廣的一種節(jié)能有效措施。